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如果您認為關(guān)于建造新數(shù)據(jù)中心的氣流管理考慮因素的討論將會引發(fā)正常的一些堵漏孔與填充板和地板墊圈，將熱通道與冷通道分開，最大限度地降低或消除旁路氣流、再循環(huán)氣流， 部署帶有變頻器的風扇，智能定位風口地板以及測量服務(wù)器進風處的溫度的話，那么你將犯了嚴重的錯誤。

我不不認為這些做法是不考慮的; 我只是認為這些做法是最初級的。這些做法不屬于數(shù)據(jù)中心設(shè)計領(lǐng)域的先進技術(shù)或前沿技術(shù)，而是被確立為最佳改善氣流組織的方式。 根據(jù)所有既定的行業(yè)標準和指導方針，獲益源于對這些氣流管理控制是從氣流量與溫度設(shè)定為最低起點，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)中心PUE以及效益的利用機會。

那么，如果這些最低要求不是今天的主題，建立新的數(shù)據(jù)中心的氣流管理還有哪些要考慮? 讓我們從ASHRAE手冊“數(shù)據(jù)處理環(huán)境指南”，第4版以及他們所謂的服務(wù)器度量來確定數(shù)據(jù)中心運行環(huán)境信息開始、

ASHRAE 7個指標：

1. 服務(wù)器功率與進風溫度

2. 服務(wù)器性能與進風溫度

3. 服務(wù)器成本與進風溫度

4. 氣候數(shù)據(jù)與服務(wù)器進風溫度

5. 服務(wù)器腐蝕與濕度水平

6. 服務(wù)器可靠性與進風溫度

7. 服務(wù)器聲學噪聲與進風溫度的關(guān)系

隨著進一步延伸，通過這些指標能能夠幫助數(shù)據(jù)中心在設(shè)計氣流組織管理方面提供指導。 ASHRAE在對這些定義進行闡述。

接下來，讓我們看看該如何考慮它們由此對設(shè)計和運營效率產(chǎn)生的影響。

服務(wù)器功率與入口溫度。

良好的氣流組織管理的最主要的優(yōu)點在于允許數(shù)據(jù)中心在高溫下運行，并允許依據(jù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)不同類型服務(wù)器中的溫度設(shè)定值的最高值設(shè)定數(shù)據(jù)中心溫度。

通過對氣流組織實施管理，當氣流組織管理提供的溫度在75°F(22℃)時，能夠滿足服務(wù)器最高進風溫度77-79°F(25-26℃)。在氣流管理不佳的情況下，氣流組織管理提供的溫度在55°F(12.8℃)時，很容易導致服務(wù)器進風溫度范圍值77°F—90°F(25℃-32.2)。

盡管如此，我們還是假設(shè)氣流管理不佳，過冷氣流供應過度;隨著氣流組織管理到位，唯一需要考慮的是提高溫度，這也是大多數(shù)數(shù)據(jù)中心運維方面的專家給出的專業(yè)建議。

接下來，期待發(fā)生什么呢? 早期的這個問題，基于過去總結(jié)的實踐經(jīng)驗表明，也許會看到PUE在會下降，但是，整個數(shù)據(jù)中心能耗會增加，由于服務(wù)器風扇持續(xù)運轉(zhuǎn)，可以通過提高服務(wù)器進風溫度，達到冷卻的效果。

Hewlett-Packard(惠普)在2011年的Uptime研討會上提出一項此類研究，他們試圖獲取與執(zhí)行指定任務(wù)相關(guān)的所有成本，包括IT設(shè)備負載，數(shù)據(jù)中心電力負載，功率轉(zhuǎn)換損耗，照明等。 他們對四類不同的服務(wù)器進風溫度進行測試，并測量了PUE與實際工作成本。

隨著溫度升高，機械設(shè)備效率提高，PUE下降; 然而，運營能耗成本與PUE并不成正比。 事實上，如表1所示，在某些時候，PUE與運營實際成本是有分歧的。

圖1

惠普根據(jù)2009年對戴爾和APC案例研究證實，提高服務(wù)器風扇速度的同時提高溫度，比在高溫下運行機械設(shè)備更能降低能耗。因此，這也在很大程度上，用行業(yè)常用的口頭禪“我告訴過你”的方式很好的回應數(shù)據(jù)中心目前溫度升高的弊病。

有趣的是，許多業(yè)內(nèi)人士依然沒有從之前對此下的過早的定論中恢復過來。實驗看上去似乎很合理，可在一些業(yè)界人士看來，在那樣的在測試條件下測試得出的報告結(jié)果，說服力不高。在既定條件下做的測試，取得的結(jié)果不能代表著對整個空間設(shè)計已經(jīng)做出全面的考量。

例如：是否對在運行的免費冷卻系統(tǒng)的成本效益進行評估?或者，當你在一個地區(qū)新建或改造數(shù)據(jù)中心時，是否對當?shù)啬茉匆约敖ㄖㄒ?guī)有所了解?這個地區(qū)是否適合安裝節(jié)能裝置?

實驗包括對精密空調(diào)與持續(xù)運行的冷卻系統(tǒng)進行研究，包括三種不同的配置方案，全部采用行間制冷 ——室內(nèi)采用精密空調(diào)，室外選用兩臺冷水機組。例如，免費冷卻系統(tǒng)回風溫度在95°F(35℃)時，室內(nèi)精密空調(diào)內(nèi)壓縮機可以不工作，這樣的設(shè)計，在全國大部分地區(qū)的數(shù)據(jù)中心建立冷水設(shè)備是可行的。

此外，早在2009年、2011年，在那時安裝的服務(wù)器將被ASHRAE歸為A1或A2類服務(wù)器，時至今日，今天幾乎所有新近采用的服務(wù)器都歸為A3、A4類，該類服務(wù)器的在設(shè)計上增加了降低能耗的設(shè)計，使用節(jié)能裝置和新近出品的服務(wù)器將會影響到高密服務(wù)器運行時的進風溫度，同時會影響到運營成本

圖2

圖2基于ASHRAE IT小組委員會成員做的調(diào)研，顯示額定功率800瓦的機架在配有為80瓦(額定功率)風扇的條件下測試得出的數(shù)據(jù)。

有必要做出的說明的是，高價值指的是效率較低的風扇系統(tǒng)的、性能低的服務(wù)器，低價值指的是高效服務(wù)器，其他服務(wù)器將使用平均值來表現(xiàn)，但是對于實施該項目的人來說，需要知道將要部署的在能源之星清單上的服務(wù)器還是一些效率低的機器。 如果不知道服務(wù)器的類別，你可以按照最壞的情況考慮或者按照最基本的情況考慮或者將一些特定情況考慮進去。

接下來，將以上測試數(shù)據(jù)用于800kW的數(shù)據(jù)中心，進行快速評估，該數(shù)據(jù)中心運行1000臺剛才提到的服務(wù)器，假設(shè)在該數(shù)據(jù)中心安裝實施剛才提到的所有的氣流組織管理方法，圖3顯示為測試結(jié)果。

(備注：能源之星Energy Star：是美國能源部和美國環(huán)保署共同推行的一項政府計劃，旨在更好地保護生存環(huán)境，節(jié)約能源。1992年由美國環(huán)保署參與，最早在電腦產(chǎn)品上推廣?，F(xiàn)在納入此認證范圍的產(chǎn)品已達30多類，如家用電器，制熱/制冷設(shè)備，電子產(chǎn)品，照明產(chǎn)品等等，目前在中國市場上做得最多的是照明產(chǎn)品，包括LED光源，節(jié)能燈(CFL)，燈具(RLF)，交通信號燈和出口指示燈。)

圖3

而在這個例子中，較新的A3類服務(wù)器的“最佳點”在86°F(30℃)到90°F(32℃)之間，比之前研究調(diào)研得出的現(xiàn)場溫度溫差高出10 +°，這其中的原因在于其中組合式服務(wù)器以及CRAH低能效風扇造成的損失超過在較高溫度下運行的冷水機組帶來的效益。

值得注意的是，機械效率分析(MEC)，即PUE計算僅僅是需要冷卻的部分，當溫度升高，制冷功率會隨之下降， 在這個例子中，68°F(20℃)的MEC為1.24，在104°F(40℃)時下降到1.19，即使總能量增加超過8%。

這種異常可歸因于服務(wù)器風扇總能量增加三分之二，風扇功率計入PUE、MEC的計算。 事實上，每次測試都會由于數(shù)據(jù)不同得到的結(jié)果也不盡相同。關(guān)鍵在于，在不做測試前，經(jīng)驗總是告誡我們77°F(25℃)左右，服務(wù)器進風溫度和服務(wù)器風扇能量增加之后會底下其他在運營方面節(jié)省下的費用， 事實證明，這個“經(jīng)驗”不再準確。 根據(jù)測試結(jié)論得出，只有溫度到達臨界點——77°F(25℃)后繼續(xù)上升，不但服務(wù)器效率得到提高，制冷設(shè)備效率也會隨之提高。

當我們準備為數(shù)據(jù)中心添置自然冷卻設(shè)備時，通常會提高臨界點。以阿爾伯克基(美國新墨西哥州)為例，說明如何評估服務(wù)器進風溫度對數(shù)據(jù)中心設(shè)計考慮的影響，

雖然數(shù)據(jù)中心地理位置不盡相同，但該方法將適用于任何位置的數(shù)據(jù)中心。 對于阿爾伯克基的例子，如表4所示，使用旁側(cè)節(jié)能裝置，如果允許溫度提高到99°F(37℃)，則可以在沒有任何冷水機組或風冷空調(diào)的情況下構(gòu)建數(shù)據(jù)中心。

通過采用自然冷卻系統(tǒng)水側(cè)板換節(jié)能裝置，允許服務(wù)器進風溫度設(shè)定到86°F(30℃);采用空氣換熱器，并將冷卻塔進風溫度提高到峰值95-99°F(35-37℃)的時間，允許服務(wù)器進風溫度設(shè)定到30℃的時間每年不會超過20個小時;通過采用水側(cè)板換裝置將服務(wù)器進風溫度設(shè)定到81°F(27℃)和86°F(30℃)，每年分別不會超過2小時以及5小時。

這也就意味著，一年中有四分之三的時間，服務(wù)器進風溫度仍將為77°F(25℃)或更低。 顯然，像休斯頓和邁阿密這樣的地區(qū)就不能達到這樣的數(shù)據(jù)，這是由于當?shù)馗稍餁夂驅(qū)е聺袂驕囟葻o法滿足所致。

這就是為什么在為數(shù)據(jù)中心規(guī)劃冷卻方式時要將服務(wù)器功率、進風溫度考慮進去。

圖4

當服務(wù)器內(nèi)風扇加速將更多空氣帶入服務(wù)器內(nèi)，這一點不能被忽略，由于風扇加速提供給服務(wù)器的空氣增加從而會影響到數(shù)據(jù)中心總的送風量。通過這次分析，有了更意外的發(fā)現(xiàn)，不僅你會發(fā)現(xiàn)實際設(shè)備得來的數(shù)據(jù)，還會看到有一些理論值。

例如，對于表4中的安裝空氣換熱器裝置后，突出顯示在95°F(35℃)，99°F(37℃)和104°F(40℃)時，節(jié)能裝置帶來的成本效益是比在其他溫度時高的，在這些溫度下，導致所需氣流量開始增加，冗余氣流量減少。

在這個例子中，需要考慮的是，當溫度升高時，冗余氣流會丟失。如果數(shù)據(jù)中心內(nèi)的精密空調(diào)能為數(shù)據(jù)中心提供制冷，或者不依賴于節(jié)能裝置對氣流移動產(chǎn)生的影響，該設(shè)備需配置2N。

另一方面，如果數(shù)據(jù)中心不計劃考慮采用任何制冷設(shè)備的話，那需要通過額外通風設(shè)備來考慮冗余所需的風量。雖然采用額外的設(shè)備增加項目的投入，但額外的設(shè)備-風扇利用風機定律產(chǎn)生的風量帶來的節(jié)能效益，通常在不到一年內(nèi)即可收回初期投資額外風扇的成本。

(備注：風機定律(fan law)是由風機的相似關(guān)系得來的，風量與轉(zhuǎn)速成正比;風壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比;軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比;風機作變頻時,頻率與轉(zhuǎn)速成正比。)

在這篇文章中，提供了一些方向，供業(yè)界人士了解對功率、溫度對數(shù)據(jù)中心節(jié)能的影響以及相應的帶來的一些問題。

1. 如果不知道服務(wù)器風扇有功功率，可以按照風扇額定功率10%來計算，然后使用ASHRAE中的圖表查詢進風溫度，或者通過不同冷卻塔的進水溫度來計算單機架額定功率為800W的進風溫度，了解之間的差異，見圖2。

2.為了解服務(wù)器進風溫度變化，需計算數(shù)據(jù)中心移動時氣流的風量。了解風扇風速，了解不同空氣處理器的CFM是多少，將CFM數(shù)值/(除以)空氣處理器有效容量*(乘以)空氣處理器或風扇的總額定功率。 由此，對比出供應風量與需求風量之間的差異。

(備注：風量是指風冷散熱器風扇每分鐘送出或吸入的空氣總體積，如果按立方英尺來計算，單位就是CFM;如果按立方米來算，就是CMM，散熱器產(chǎn)品經(jīng)常使用的風量單位是CFM。CFM：即在單位時間內(nèi)過濾器通過的一定體積的氣流量，我們國內(nèi)一般用m3/h風量單位，國外也用英制風量單位cfm (cubic foot per minute)表示，即ft3/mim立方英尺/分鐘，二者換算為：1cfm≈1.7m3/h。CFM計算公式：直徑(CM)*PI(3.14)/2*半徑(CM)*長(CM)*時間(S))

3.當您提高自然冷卻進水溫度，不能只計算個別冷卻塔運行小時數(shù)，不計算該閾值以下的年度小時數(shù)。 例如，在阿爾伯克基例子中，雖然冷卻塔運行在64°F(18℃)的下有8434小時(約351天)，但是這些時間里只有326個小時實際上在59-64°F(15-18℃)之間(約14天)，在如此低溫下運行，會影響服務(wù)器風扇、冷卻系統(tǒng)風扇能耗。

有文章曾提及，提高數(shù)據(jù)中心溫度對降低能耗是有效的，因為任何效率增益都會被服務(wù)器風扇能量的增加和數(shù)據(jù)中心風扇能量的增加所消除。 正如在這篇文章所說明的那樣，的確是有這樣的關(guān)系，但是效率提升被認定的臨界點通常比大多數(shù)業(yè)界人士認為的要高得多。 此外，這篇文章的價值更重要的意義通過了解這些關(guān)系，能夠提高冷卻系統(tǒng)冗余的靈活性，以及可以完全省去對制冷設(shè)備的投入